本发明涉及植物花色苷提取技术领域，具体涉及一种提取紫薯花色苷的方法及应用。

背景技术：

花色苷是自然界中广泛存在于植物的花、果实、种子和叶片中的主要呈色物质，是一种水溶性天然色素，属于黄酮类化合物。植物花色苷具有多种生理活性与药理作用，如抗氧化活性、抗肿瘤、抗突变性、护肝作用、抗高血糖等，具有广阔的应用前景。

紫甘薯在我国的种植范围广，原料成本低、季节性弱，而且它的果肉和果皮中都含有大量色彩鲜艳的天然花青素。紫薯花色苷富含酰基化结构，这使得它的稳定性要高于其他天然色素。有研究显示紫薯中含有丰富的花色苷，是潜在的植物花色苷提取原料。提取花色苷后的副产物如淀粉、纤维素等物质可以用作生产淀粉、紫薯食品的原料以及应用于化工行业等进行综合利用，因此紫薯的综合利用价值较高，发展意义重大。由于紫薯具有开发花色苷的原料优势，所以有必要研究高效、低成本且绿色的紫薯花色苷提取工艺。

刘艳杰、张健等(紫薯花色苷提取工艺的优化研究[j].食品工业,2011(10):48-51.)研究从紫薯中提取花色苷的工艺，以紫薯粉为原料，在恒温振荡条件下提取花色苷，通过响应面法确定了最佳提取工艺参数为提取温度63.76℃、提取剂为质量分数0.81％柠檬酸水溶液，料液比1:26.36。通过响应面分析法建立各因素与响应值之间的数学模型，可以直观地看出各因素之间的相互作用。

杨振东(紫甘薯花色苷提取工艺优化研究及其组分分析[j].中国调味品,2011.5(36))在紫甘薯提取工艺的单因素研究中发现乙醇提取效果好于纯水提取，加酸后的提取剂提取产率高于未加酸的提取剂，同浓度下，盐酸提取效果比柠檬酸好。利用响应面法对紫甘薯花色苷的提取工艺参数进行优化研究，在提取温度为80℃，提取时间74.7min，料液比1:28.7的条件下，紫甘薯花色苷提取产量最高，通过hplc-dad分析，宁紫1号紫甘薯中有15种具有花色苷特征吸收峰的组分。

传统的溶剂提取法采用乙醇作为提取剂，效率较高，但是相对成本较高，回收困难，并且会带来一系列的副产物，有潜在的健康危害。因此，为了合理高效地提取紫薯的花色苷物质，亟需提供一种操作简单、成本较低、提取率高、安全绿色的提取方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、安全绿色，又能高效地从紫薯中提取花色苷的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提取紫薯花色苷的方法，包括：以紫薯粉末为原料，按照40-50ml/g液料比加入体积百分比浓度为90-95％的聚乙二醇溶液，在65-75℃水浴中，超声提取75-85min，冷却后分离收集上清液，获得紫薯花色苷提取液。

所述紫薯粉末由新鲜紫薯切片后置于60-70℃条件下烘干，粉碎至80-100目制得。利用粉末浸提更有利于花色苷的溶出。

本发明采用分子量为200-400的聚乙二醇作为花色苷的提取剂，低分子量的聚乙二醇是非挥发性的，并且对酸、碱、高温、高氧化系统和高还原系统具有一定稳定性，能够较好地延缓花色苷的氧化进程。

本发明研究证明，聚乙二醇有助于花色苷从紫薯中溶出。紫薯块茎提取物中主要的花色苷是以矢车菊色素和芍药色素为核心的花色苷，属于极性化合物，因为聚乙二醇的极性大更适合用于提取花色苷。

本发明在单因素试验中发现，液料比、聚乙二醇浓度、提取温度、提取时间是影响紫薯花色苷提取的主要因素，采用box-behnken法优化出最佳提取工艺。

作为优选，所述的液料比为44-45ml/g。

所述聚乙二醇溶液为聚乙二醇与水的混合物，聚乙二醇和水有良好的混溶性，低毒性且成本低，有助于节约成本，并且避免其他有毒试剂带来的安全隐患。用聚乙二醇溶液提取花色苷后，无需进一步去除溶剂，收集得到的上清液可以直接用于生产。作为优选，所述聚乙二醇溶液的体积百分比浓度为91-92％。

作为优选，所述的水浴温度为68-70℃。

所述超声的频率为120w。超声波辅助提取法利用超声波空化作用可以破坏植物细胞，提高溶剂渗透性，使得功能性成分更好地溶出。

作为优选，所述超声提取的时间为78-80min。

浸提完成后，利用离心进行固液分离，所述分离为10000-11000rpm离心10-15min。

作为优选，利用响应面法优化后的工艺条件，包括：将新鲜紫薯洗净，切成厚约0.3-0.6cm的薄片，于60℃温度下烘干，粉碎，过100目筛制得紫薯粉末，按44.05ml/g液料比加入体积百分比浓度为91.55％的聚乙二醇溶液，69.3℃恒温水浴中，超声提取80min，冷却，以11000rpm离心10min，收集上清液，得到紫薯花色苷提取液。

本发明还提供了由上述方法制得的紫薯花色苷提取液作为添加剂在制备食品、保健品或化妆品中的应用。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明利用聚乙二醇结合超声技术进行紫薯花色苷的提取，节约成本，避免使用有毒试剂带来的安全隐患，聚乙二醇具有保护花色苷，提高提取稳定性的作用(低温下保存三天，保存率为80.75％)；此外，利用本发明方法，缩短了提取时间，同时提高了花色苷的得率。

(2)与正交法相比，本发明采用box-behnkendesigns(bbd)中心组合设计模型的响应面分析法，用4个变化因子、3个水平及少量的实验组(仅29组实验)就可以得出优化结果，获得最佳产率，在提高了提取效率的同时，降低了能耗和污染物的排放，具有工业化生产的实际意义。

(3)本发明操作简单，节约成本，提高了生产效率，促进了食品安全，具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明聚乙二醇浓度变化对花色苷得率影响图。

图2为本发明液料比变化对花色苷得率影响图。

图3为本发明温度变化对花色苷得率影响图。

图4为本发明提取时间变化对花色苷得率影响图。

图5为本发明聚乙二醇浓度与液料比对花色苷得率影响的响应面三维图。

图6为本发明聚乙二醇浓度与液料比对花色苷得率影响的响应面二维图。

图7为本发明聚乙二醇浓度与温度对花色苷得率影响的响应面三维图。

图8为本发明聚乙二醇浓度与温度对花色苷得率影响的响应面二维图。

图9为本发明聚乙二醇浓度与提取时间对花色苷得率影响的响应面三维图。

图10为本发明聚乙二醇浓度与提取时间对花色苷得率影响的响应面二维图。

图11为本发明液料比与温度对花色苷得率影响的响应面三维图。

图12为本发明液料比与温度对花色苷得率影响的响应面二维图。

图13为本发明液料比与提取时间对花色苷得率影响的响应面三维图。

图14为本发明液料比与提取时间对花色苷得率影响的响应面二维图。

图15为本发明提取时间与温度对花色苷得率影响的响应面三维图。

图16为本发明提取时间与温度对花色苷得率影响的响应面二维图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

紫薯购自浙江嘉兴农民合作社，品种为山川紫；烘干装置为电热鼓风干燥器(上海实验仪器厂有限公司)；粉碎装置为手提式高速万能粉碎机(温岭市林大机械有限公司)；超声水浴装置为kh5200b型超声波发生器(昆山禾创超声仪器有限公司)；离心机为tgl-16m台式高速冷冻离心机(湖南湘仪离心机仪器有限公司)；分光光度仪为uv-5800pc紫外可见分光光度计(上海元析仪器有限公司)。

实施例1

一种利用响应面法优化紫薯花色苷的聚乙二醇提取方法，包括以下步骤：

(1)样品制备：

将新鲜紫薯洗净，在砧板上切成厚约0.3-0.6cm的薄片，于60℃温度下烘干，粉碎，过100目筛。准确称取5g紫薯粉末样品于500ml锥形瓶中，按25-55ml/g液料比加入体积浓度为65-95％的聚乙二醇溶液，45-75℃恒温水浴中，超声提取65-95min，冷却。以11000rpm离心10min，收集上清液，得到对应于不同提取条件的提取液。

(2)ph示差法测定提取液中总花色苷含量

①缓冲溶液的制备：

ph1.0缓冲溶液：准确配制0.2mol/l盐酸溶液，0.2mol/l氯化钾溶液，以盐酸溶液：氯化钾溶液＝67:25的比例混合，混匀后调节其ph为1.0，置于4℃冰箱备用。

ph4.5缓冲溶液：准确配制1mol/l的盐酸溶液，1mol/l的醋酸钠溶液，以醋酸钠溶液：盐酸溶液：去离子水＝100:60:90的比例混合，混匀后调节其ph为4.5，置于4℃冰箱备用。

②样品中花色苷含量的测定：

取花色苷粗提液1.00ml，分别用ph1.0和4.5的缓冲液稀释四倍，混匀。室温避光平衡30min后，分别测定两种溶液在700nm和530nm波长处的吸光度。每个样品平行3次，取平均值。按下式计算花色苷得率，以矢车菊-3-葡萄糖苷表示花色苷得率。

式中：a＝(a510-a700)ph1.0-(a510-a700)ph4.5；v—提取液总体积(ml)；n—稀释倍数；m—cy-3-glu(矢车菊-3-葡萄糖苷)的相对分子质量(499.2)；ε—cy-3-glu的消光系数(29600)；m—样品质量(g)。

(3)实验设计与统计分析：

①单因素试验：

依次改变聚乙二醇浓度、液料比、温度、提取时间进行单因素试验，用ph示差法测定所得紫薯花色苷提取物中花色苷得率。

如图1-4所示，上述的4个因素均对紫薯花色苷的提取得率影响较显著。

②响应面法优化设计：

根据单因素试验结果，选取聚乙二醇浓度、液料比、温度、提取时间四个因子适宜的零水平，利用designexpert8.0软件根据box-behnken设计原则进行实验设计(设定结果见表1)，以聚乙二醇浓度x1、液料比x2、温度x3、提取时间x4为自变量，以花色苷得率为响应值y(实验方案及结果见表2)，建立多元二次回归方程：

y＝82.95+3.95x1+0.50x2+2.56x3-0.71x4+0.43x1x2+6.53x1x3-0.92x1x4+2.42x2x3+2.27x2x4+1.29x3x4-15.15x12-4.38x22-6.64x32-4.04x42。

各因子与响应值之间线性关系显著性，由f值检验来判定，p值越小，则说明变量的显著性越高。由方差分析表(表3)可知，其因变量和全体自变量之间的线性关系显著(r2＝0.9248)，模型显著水平小于0.05，所以该回归方程模型是显著的。

表1实验因素与水平设定

表2box-behnken实验设计与结果

表3实验数据的方差分析结果

注:*表示差异显著，p<0.05；**表示差异极显著，p<0.01。

(4)实验结果分析与优化：

利用designexpert8.0软件根据多元二次回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及其等高线图(如图5-16)。

由designexpert8.0软件得到紫薯花色苷的最佳提取条件为：聚乙二醇浓度为91.55％，液料比为44.05ml/g，温度为69.3℃，提取时间为80min，在此条件下，花色苷得率预测值为79.43mg/100g。

实施例2

将新鲜紫薯洗净，在砧板上切成厚约0.3-0.6cm的薄片，于60℃温度下烘干，粉碎，过100目筛。

准确称取5g紫薯粉末样品于500ml锥形瓶中，按44.05ml/g液料比加入体积百分比浓度为91.55％的聚乙二醇溶液，69.3℃恒温水浴中，超声提取80min，冷却。以11000rpm离心10min，收集上清液，得到紫薯花色苷提取液。

ph示差法测定提取液中总花色苷含量，花色苷得率实际值为78.01mg/100g，与预测值相近，说明优化所得的提取条件可靠。

实施例3

将新鲜紫薯洗净，在砧板上切成厚约0.3-0.6cm的薄片，于60℃温度下烘干，粉碎，过100目筛。

准确称取5g紫薯粉末样品于500ml锥形瓶中，按40ml/g液料比加入体积百分比浓度为90％的聚乙二醇溶液，65℃恒温水浴中，超声提取75min，冷却。以11000rpm离心10min，收集上清液，得到紫薯花色苷提取液。

ph示差法测定提取液中总花色苷含量，花色苷得率实际值为76.54mg/100g。

实施例4

将新鲜紫薯洗净，在砧板上切成厚约0.3-0.6cm的薄片，于60℃温度下烘干，粉碎，过100目筛。

准确称取5g紫薯粉末样品于500ml锥形瓶中，按50ml/g液料比加入体积百分比浓度为95％的聚乙二醇溶液，75℃恒温水浴中，超声提取85min，冷却。以11000rpm离心10min，收集上清液，得到紫薯花色苷提取液。

ph示差法测定提取液中总花色苷含量，花色苷得率实际值为77.23mg/100g。

实施例5

将新鲜紫薯洗净，在砧板上切成厚约0.3-0.6cm的薄片，于60℃温度下烘干，粉碎，过100目筛。

准确称取5g紫薯粉末样品于500ml锥形瓶中，按45ml/g液料比加入体积百分比浓度为92％的聚乙二醇溶液，70℃恒温水浴中，超声提取80min，冷却。以11000rpm离心10min，收集上清液，得到紫薯花色苷提取液。

ph示差法测定提取液中总花色苷含量，花色苷得率实际值为77.61mg/100g。

对比例1

采用(刘艳杰,张健.紫薯花色苷提取工艺的优化研究[j].食品工业,2011(10):48-51.)报道的优化方法，提取温度63.76℃，柠檬酸质量分数0.81％，料液比1∶26.36进行提取对比试验，所得花色苷得率为71.08mg/100g。利用实施例2方法的花色苷得率相比其提高了近9％。

对比例2

参数实施例2的提取工艺，其中提取剂聚乙二醇溶液替换成体积百分比浓度为91.55％的乙醇溶液，所得花色苷得率为77.32mg/100g，与本方法花色苷得率接近，进一步证明本方法的提取效果良好。

应用例

本发明提取紫薯花色苷的最终目的就是将其用于日常的生产中，从而发挥其生物功能作用。因此，本发明提出一种将提取液直接用于食品或化妆品的生产方式。

聚乙二醇作为许多食品、药品和化妆品中的重要组成成分，可以直接应用于实际的生产中。这样不仅减少了传统乙醇提取法的除溶剂步骤，大大节约了生产成本，而且符合绿色节能的生产趋势，避免了多余的排放物。

以市面上常见的糖果、药用胶囊和唇膏为例，糖果的一般配方为葡萄糖浆、白砂糖、食用被膜剂(聚乙二醇)；药用胶囊的一般配方为淀粉、食用被膜剂(聚乙二醇)以及一些药用成分；唇膏的一般配方为果油、氢化松脂酸甲酯、聚乙二醇以及一些功效成分(维生素e)等。本发明提取得到的聚乙二醇提取物所含的花色苷具有抗氧化等诸多生理功能，能够增强上述食品、药品和化妆品的功能性，拓宽产品的市场，吸引更多消费者。由此可见，本发明采用提取溶液聚乙二醇是重要的食品、药品和化妆品生产原料，具备直接用于生产的可能。

本发明为紫薯花色苷进一步的研究和综合应用奠定了基础。

技术特征：

技术总结

本发明公开了一种提取紫薯花色苷的方法及应用，属于植物花色苷提取技术领域。所述方法包括：以紫薯粉末为原料，按照40‑50mL/g液料比加入体积百分比浓度为90‑95％的聚乙二醇溶液，在65‑75℃水浴中，超声提取75‑85min，冷却后分离收集上清液，获得紫薯花色苷提取液。本发明利用聚乙二醇结合超声技术进行紫薯花色苷的提取，有利于减少副产物，节约成本，避免使用有毒试剂带来的安全隐患，聚乙二醇具有保护花色苷，提高提取稳定性的作用；此外，利用本发明方法，缩短了提取时间，同时提高了花色苷的得率。本发明操作简单，节约成本，提高了生产效率，促进了食品安全，具有较好的经济效益和社会效益。

技术研发人员：罗自生;黄皓;李莉

受保护的技术使用者：浙江大学

技术研发日：2017.08.31

技术公布日：2018.01.19